Растущая потребность в энергии для охлаждения

Из-за изменения климата средняя глобальная температура в ближайшие десятилетия повысится. Это также должно значительно увеличить количество так называемых дней охлаждения. Они измеряют количество часов, в течение которых температура окружающей среды превышает определенный порог, в течение которых здание должно охлаждаться, чтобы поддерживать температуру в помещении на комфортном уровне. Рост значений может привести к увеличению количества систем переменного тока в домах. Это может привести к более высокому спросу на энергию для охлаждения зданий, который, как ожидается, вырастет из-за изменения климата и роста населения.

Гонка между нагревом и охлаждением

Чтобы лучше понять, насколько значительным будет этот рост в Швейцарии, исследователи Empa проанализировали требования к отоплению и охлаждению научно-исследовательского и инновационного здания NEST. «Включая температуру окружающей среды, мы смогли составить прогноз будущего спроса на тепловую энергию зданий на основе климатических сценариев для Швейцарии. Помимо изменения климата, мы также приняли во внимание рост населения и все более широкое использование устройств переменного тока, «объясняет Робин Мучлер, постдоктор лаборатории Empa Urban Energy Systems.

Результаты прогнозируют значительный рост спроса на охлаждающую энергию: в экстремальном сценарии, когда вся Швейцария будет полагаться на кондиционирование воздуха, к середине века для охлаждения потребуется почти столько же энергии, сколько для отопления. В цифрах это соответствует примерно 20 тераватт-часам (ТВт-ч) в год для отопления и 17,5 ТВт-ч для охлаждения. Требуемая энергия охлаждения рассчитывалась без учета технологии. Если это обеспечивается за счет реверсирования процесса теплового насоса, например, с COP 3 для охлаждения, потребность в электроэнергии для 17,5 ТВт-ч энергии охлаждения составляет около 5,8 ТВт-ч.

Потребность в отоплении жилых домов НЕСТ сопоставима с потребностями современного многоквартирного дома. Эти цифры являются репрезентативными, если предположить, что среднее здание в Швейцарии сопоставимо со зданием NEST. Когда это произойдет, зависит от скорости ремонта. Однако даже при более умеренном сценарии потребность в охлаждении в Швейцарии значительно возрастет. В этом сценарии исследователи предполагают, что дополнительная потребность в энергии составит пять ТВт-ч в год.

Сильное влияние на швейцарскую энергетическую систему

Энергетические потребности швейцарских зданий сегодня составляют около 40 процентов от общего спроса на энергию. Основная его часть используется для отопления. Вероятно, так будет продолжаться по крайней мере до середины 21 века, в то время как ожидается, что потребность в энергии для охлаждения зданий значительно возрастет. Если тепловая энергия вырабатывается тепловыми насосами, которые также могут охлаждать, это потенциально может иметь сильное влияние на всю энергетическую систему и особенно на электричество как энергоноситель.

Предполагается, что лишь небольшое количество швейцарских домашних хозяйств в настоящее время владеют блоком или системой кондиционирования воздуха. Однако количество домов с тепловыми насосами растет. По оценкам исследователей Empa, количество домашних хозяйств с системами охлаждения может вырасти до более чем 50 процентов из-за увеличения количества дней с градусом охлаждения. Это может привести к значительным пикам спроса в жаркие дни. Дополнительные пять ТВтч энергии для охлаждения будут эквивалентны примерно двум процентам сегодняшней потребности в электроэнергии, если охлаждение будет обеспечиваться тепловыми насосами. В более экстремальном сценарии спрос на электроэнергию для охлаждения может даже приблизиться к десяти процентам сегодняшнего общего спроса. Однако это не будет равномерно распределяться в течение года, а будет коррелировать с жаркими периодами, что может привести к пикам спроса. Положительным моментом является то, что потребность в охлаждении относительно хорошо удовлетворяется производством электроэнергии из фотоэлектрических систем. Воздействие охлаждения жилых зданий будет значительно выше по сравнению с офисными зданиями, поскольку на них приходится около двух третей площади здания.

Основываясь на этих выводах, исследователям становится очевидным, что эти разработки необходимо учитывать при строительстве новых зданий и что возможности пассивного охлаждения должны быть полностью использованы. «Архитектура зданий больше не должна фокусироваться только на оптимизации потерь тепла, особенно зимой, но и на сокращении притока тепла летом», — говорит Мучлер. Этого можно достичь, например, с помощью мер городского планирования по адаптации к изменению климата на районном уровне, реализации программ по снижению тепла или уменьшению количества остеклений в зданиях. «Более того, крайне важно, чтобы директивные органы также обратились к этому развитию и исследовали способы наилучшего удовлетворения растущего спроса на энергию для охлаждения при минимальном воздействии на будущую декарбонизированную энергетическую систему», — добавляет Мучлер. Одним из возможных вкладов в охлаждение зданий могут стать системы централизованного холодоснабжения, которые уже успешно внедрены в Швейцарии, например, в Женеве. Появляются и другие, например, в Цуге.